基于省一流课程实验课提升学生实验技能探讨

李文楚 邓小娟 刘伟强

基于省一流课程实验课提升学生实验技能探讨

李文楚 邓小娟 刘伟强

（华南农业大学动物科学学院 广东广州 510642）

省一流课程具有高阶性、创新性和挑战度的典型特征，实验教学是理论课的重要辅助，同时也能提升学生实验技能。文章通过在省一流课程“昆虫生理生化双语课”配套实验“动物生化实验（蚕学班）”的实验教学中引入“六顶思考帽”“头脑风暴”等方法，力求解决本科实验设计的结果验证性和“两性一度”之间的本体悖论。通过对在校本科生的问卷调研显示，大多数学生具有较好的接受能力，多元化的实验教学方法明显地提升了学生实验技能，从而得出结论，在一流课程的实验课中采用项目驱动型教学，具有一定的可行性。

一流课程；实验技能；问卷调研；实验课教学；高等院校

根据国务院2022年２月发布的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，以及教育部、财政部、国家发展和改革委员会联合发布的《关于深入推进世界一流大学和一流学科建设的若干意见》《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法（暂行）》，经专家委员会认定，教育部等三部委研究并报国务院批准，公布了147所高等院校进入第二轮“双一流”建设高校。其中，华南农业大学名列榜单。

一流课程是高校一流本科课程的简称，是指一流本科课程“双万计划”中的万门左右国家级一流本科课程和万门左右省级一流本科课程。有学者认为一流课程就是金课。一流课程具有高阶性、创新性和挑战度的典型特征。其中，高阶性是指通过培养学生的综合能力和高级思维，实现知识、能力、素质有机融合；创新性是指课程内容具有前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果体现个性化；挑战度是指课程有一定难度，需要学生“跳一跳”才能够得着。一流课程对教师备课和学生课外学习均有较高的要求[1]。

“昆虫生理生化双语课”于2022年10月被认定为广东省级一流课程，与之配套的实验课是“动物生化实验（蚕学班）”。省级一流课程建设突出了针对性和有效性，使课程更具有地方特色，并推动高校教师参与课程与教学改革。一流课程重要的组成部分是配套完善的本科生实验教学课，同样需要确保实验内容与专业发展前沿切实相关，以促进学生发挥主观能动性、提高专业实验课的凝练和升华作用。通过培养学生的实践能力和创新能力，提高其综合素质，使其能够在后续工作和科研过程中正确地观察、判断、分析和解决实际问题[2]。因此，教学内容的呈现可以增设综合性实验、融入思政元素并佐以微课程，采用基于问题导向式学习（Problem-Based Learning,PBL）的混合式教学模式、基于ARCS动机模式（A，Attention，注意；R，Relevance，相关性；C，Confidence，自信心；S，Satisfaction，满足感）的认知负荷理论等各种教学方法和教学设计，以及阶段性考核与总结性考核相结合的考核方式等[3]，成为一流课程实验课实施的重要参考。

在一流课程具体实验的设计上，既要体现高阶性、创新性和挑战度，还要落实实验结果的可靠性和验证性。这是一种本体悖论，如何处理好实验设计的问题，关系到本科实验教学的成效。

1 研究方法

1.1 实验基本要素探究

根据教学大纲的预设实验基本要素，应引入科学而辩证的思维方法，将思政元素融入实验课，创新一流专业本科生思维模式，培养学生创新意识，推进多样化人才培养。为了实现这一目标，可以围绕蚕学省级一流专业的学科发展、产业发展新动态、新技术以及学科前沿，强化以学生为中心的实验课基本技能训练，培养具有创新思维、创新理念、创新能力、创新实践的新型复合型人才。

实验课是实践理论知识的重要环节，也是升华理论认知的基石。实验课的基本类型包括验证型、演示型、模拟型和探索型，也可分为定性、定量和综合性实验。在设计和实施实验课时，需要按照要求确保实验原理、实验步骤和试验结果等都是可重复的，并保证实验过程准确无误。然而，随着科学技术的发展，一些经典的实验理论可能被现代知识所完善，实验方法被现代先进仪器改进。但是，有些课程的实验教学设计偏离了专业方向，教学方法呆板，学生缺乏能动性[4]；实验教学内容表观化，实验过程走马观花，难以揭示生化实验涉及的问题本质；缺乏连贯性和系统性，课程考核方法单一[5]；缺乏探索性和创新性[6-7]。

动物生化实验课（蚕学班）的教学实践，源于老一辈教师黄自然教授的提议，主要考虑的是实验对象是家蚕，其次有利于小班教学，增加学生动手做实验的机会。实验课程开设5年以来，得到学院领导的大力支持和鼓励，已经逐步摸索出一套适合蚕学班利用家蚕各组织、器官、血淋巴等材料进行生化实验的原理和实验方法。生物材料的基底变化较大，跟家蚕品种、饲养季节、气候、环境条件等变化相关，但大体上不会有显著的偏差。经过比对发现，几届学生的实验结果基本接近，说明实验设计比较成功。但也存在一些问题，目前的实验课设置为32 h，包含8个实验单元，平均每个实验约为4个学时，但多数实验需要等待生化反应完成，延时很长。在实验类型上，多为验证性实验，学生可以按照实验指导步骤直接完成，缺乏创新性。但明显聚焦实验课的探索、创新性和创造性，又与本科实验的基本要求、实验技能的培养存在一定的矛盾。如何辩证而科学地看待问题、解决矛盾，交出一份合理的答卷，也是教师要深思的问题之一。

自2018年以来，在几届学生中尝试采用六顶思考帽法（Six Thinking Hats，STH）、头脑风暴法（Brainstorm，BSM）、PBL法、成果导向教育法（Outcome Based Education，OBE）、项目驱动教学法（Project Driven Teaching，PDT）等多种教学方法，以及多元化实验教学法引导学生进行创新思维，相关研究成果已陆续发表[8-9]。本文着重引入科学且辩证的思维方法，深度挖掘实验课程蕴涵的思政元素，创新思维模式，提升本科生的基本技能。

1.2 思政元素融入实验课程

本文探讨和挖掘将思政元素融入实验课，以加强每个实验单元的思政教育。其层次关系如图1所示，其中，思政元素作为实验的根本，与实验单元的基本原理和实验步骤等是实验设计的基石。科学辩证的思维模式创新是实现提升实验技能的前提，最终达成实验课的培养目标。

图1 实验课基本要素和思政元素的层次关系

总体实施方案为有度、有法地引入思政教育，适度挖掘思政元素[10-11]，应用科学而辩证的思维方法，引导学生创新思维模式。以专业知识为主，思政内容与所授专业内容相契合，形成协同效应，达成科学创新，以养成历史思维、辩证思维、系统思维和创新思维。具体实施方案如表1所示。

表1 实验课实施方案

续表1 实验课实施方案

2 研究结果

2.1 STH和BRM对提升实验技能的促进作用

在正常完成本科实验教学任务后，直接的实验成果反馈形式是学生实验课成绩。经过比较近三年学生实验成绩，多数学生较好地完成了实验。在平时成绩登记表中，学生实验课思维分值占总分的5%，如图2所示。

图2 学生实验课实施STH和BRM对实验技能和总评成绩的影响及总评成绩分布

2.2 对实验技能提升的调研问卷统计分析

设计和发放20道教学改革的调研问卷，收集原始数据进行研究分析。采取无记名答题形式，用问卷星设计好调研问卷题目，发放到在校的本系学生。调研问卷题目主要有四大部分：（1）客观题，如性别、年级以及所完成的实验数量等；（2）主观题，包括对思政元素的理解；（3）实验技能、创新能力培养；科学思维方式的培养；实验课教改理念STH、BRM、OBE、PDT等对一流课程实验技能提升的作用；（4）实验成绩的评估合理性等。

回收问卷50份，其中，男生24名，女生26名，主要是大二到大四的学生；完成十门课50次以上实验的学生占32%，完成五门课30次以上的学生占48%，完成三门课15次以上的学生占10%。60%的学生对思政元素融入实验课有一定的了解，40%的学生比较模糊。

对于实验课的主要目的，有58%的学生倾向于“验证实验结果”；90%的学生认为是“熟悉实验设计”；但也有高达98%的学生选择“理解实验原理和逻辑思维”。22%的学生认为“实验结果的验证性”影响了他们对实验课的兴趣，24%的学生认为“实验原理的求证性”影响了他们对实验课的兴趣；48%的学生认为“实验过程的探索性”使实验课变得冗长，造成实验课无法在规定的时间内完成。94%的学生认同“实验课对实验技能、创新创业能力培养的必要性”。82%的学生认为“更透彻理解理论课内容”是创新、创业能力培养的体现。90%的学生认为是“了解生化实验过程”，另有80%的学生选择“创造性地用理论知识指导实验过程”。对于一流课程（实验课）高阶性、创新性和挑战度，调研结果显示，只有48%的学生认同“实验有一定难度”，大部分学生希望实验不能太难。同时，对于“实验内容有前沿性和时代性”和“培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维”的认同率分别达到了80%和90%；只有16%的学生“非常希望”设置“具有挑战性的实验”，22%的学生不希望设置。在动物生化实验课中，BRM和STH两种思维模式创新收获最大。调研结果显示，蚕学班的动物生化实验课对创新能力的培养，90%的学生认为巩固了理论知识，76%的学生认为引导了学生的“创新思维”，另有72%的学生认为“对今后工作有正向推动力”。

此外，有72%的学生认为实验报告撰写的基本模式需要进行改革，只有6%的学生认为实验课评分标准的多样化对实验兴趣的影响不大。由此可以看到，“八股文”式的实验报告给学生充分利用学习时间、发挥主观能动性带来了负面影响，而更多学生追求多元化的评分模式。

3 讨论

一流课程实施团队必须站在同类课程优秀建设成果的基础上，对课程进行深入研究、分析、运用。新时代高校课程研究的重点是课程思政，其难点是聚焦思政元素，遴选课程知识点，构建与思政元素紧密相关、密不可分的课程知识体系。这些成果体现为一体化设计的“金课”、一流课程与课程教材[11]。为了更好地实施教学评价，应遵循“建立明确的评价指标体系、使用易于操作的评价方法、有侧重地评价、量化与质性评价相结合”原则，并鼓励实行“自评、互评、教师实名评价，以及多样化评价方式”等改进的教学评价方法[12]。同时，不少高校开始引入项目驱动教学法，以本科生专业能力培养和素质教育等为基础，在本科生实验课教学中引入专业课教师的科研项目，构建科研项目促进实验课教学的新模式[13]。将这种模式引入本科生实验教学，非常符合一流课程“两性一度”的要求，但对实验结果的不确定性、实验过程的探索性、实验材料的可塑性等，无疑是极具挑战性的。如何使本科生在有限的实验课时间内“跳一跳，够得着”，这对实验课任课教师来说无疑是一个挑战。

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2095-1205(2023)11-18-04

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.05

华南农业大学教学改革研究项目（JG21124）